Piezoelektrischer Effekt

Piezoelektrischer Effekt, Bezeichnung für ein physikalisches Phänomen, bei dem durch mechanische Druckbelastung auf einen Kristall ein elektrisches Potential auf bestimmten Kristallflächen hervorgerufen wird. Im umgekehrten Fall führt das Anlegen eines elektrischen Feldes an bestimmten Kristallflächen zu einer Kristallverformung. Pierre Curie und sein Bruder Jacques entdeckten 1880 dieses Phänomen bei Quarz- und Rochellesalz und gaben ihm seinen Namen (griechisch piezein: drücken).

Piezoelektrische Effekte beobachtet man bei verschiedenen kristallinen Substanzen wie beispielsweise Quarz, Natrium-Kalium-Tartrat und Ethylendiamintartrat (Tartrate sind Salze der Weinsäure). Der Effekt wird durch die Verschiebung von Ionen in Kristallen mit nichtsymmetrischen Einheitszellen verursacht.

Beim Zusammenpressen verschieben sich die Ionen in jeder Einheitszelle und verursachen damit die elektrische Polarisation. Aufgrund der regelmäßigen kristallinen Struktur verstärken sich diese Effekte und erzeugen eine elektrische Potentialdifferenz zwischen einzelnen Flächen des Kristalls. Beim Anlegen eines externen elektrischen Feldes an den Kristall werden die Ionen in jeder Einheitszelle durch die elektrostatischen Kräfte so verschoben, dass sich der gesamte Kristall verformt.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, mechanische Deformation in elektrische Spannungen und elektrische Spannungen in mechanische Bewegung umzuwandeln, werden piezoelektrische Kristalle in Geräten wie elektronischen Wandlern, Plattenspieler-Tonabnehmern und Mikrophonen eingesetzt. Piezoelektrische Kristalle werden auch als Resonatoren in elektronischen Schwingern und Hochfrequenzverstärkern verwendet, weil die mechanische Resonanzfrequenz von passend zurechtgeschnittenen Kristallen stabil und wohldefiniert ist.